📜 Un usage ancien, en plein renouveau

L'utilisation du dihydrogène (nommé « hydrogène » par abus de langage) comme carburant ou source d'énergie n'est pas une nouveauté : ses propriétés sont connues dès la fin du XVIIIᵉ siècle. Le premier moteur à combustion interne fonctionnant avec un mélange hydrogène-oxygène a été créé en 1806 par I. de Rivaz. Rapidement supplanté par les hydrocarbures, plus simples à stocker et transporter, l'usage de l'hydrogène décroît à partir de la seconde moitié du XIXᵉ siècle.

À partir des années 1970 (premier choc pétrolier), puis avec les enjeux environnementaux des années 1980 et la transition énergétique à partir des années 2000, l'hydrogène redevient central dans les politiques énergétiques internationales.

🧊 Formes physiques et usages

L'hydrogène est principalement transporté et stocké à l'état gazeux ou liquide (l'état liquide reste pour le moment minoritaire, en raison des contraintes de maintien à des températures très basses), et utilisé comme combustible à l'état gazeux. Des solutions à base d'ammoniac, fabriqué à partir d'hydrogène, sont également développées.

🎨 Une classification par couleur selon le mode de production

L'hydrogène, bien qu'étant l'élément le plus abondant à l'échelle de l'univers, n'existe quasiment pas pur à l'état naturel sur Terre. La littérature technique distingue plusieurs « types » d'hydrogène selon leur mode de production :

• Hydrogène « vert » : produit par électrolyse à partir d'énergies renouvelables. Le plus vertueux sur le plan environnemental, mais coûteux en énergie (~3,5 à 6 €/kg), donc moins compétitif économiquement.
• Hydrogène « gris » : fabriqué par vaporeformage à partir de sources fossiles (charbon, gaz naturel). Rejette d'importantes quantités de CO₂ (~1,5 €/kg).
• Hydrogène « bleu » : fabriqué comme le gris, mais le CO₂ émis est capté pour être réutilisé ou stocké (~2 à 3 €/kg). Ce procédé émet toutefois aussi du méthane et d'autres gaz à effet de serre, au point de rejeter parfois plus de GES que l'usage d'hydrocarbures — pas une solution de long terme.
• Hydrogène « jaune » : spécifique à la France, fabriqué par électrolyse comme le vert, mais avec une électricité issue essentiellement du nucléaire.

🔋 La pile à hydrogène (PaC)

La pile à hydrogène fonctionne selon le principe de la pile à combustible (PaC). Elle repose sur l'oxydation d'un combustible (ici l'hydrogène) et la réduction d'un comburant (l'oxygène), aboutissant à la production simultanée d'eau, d'énergie électrique et de chaleur.

Elle est constituée de deux électrodes séparées par un électrolyte permettant le passage des ions. Une membrane évite la mise en contact des réactifs à l'anode et à la cathode.

Les PaC existent en toutes tailles et sont adaptables à de multiples équipements : transports, petits appareils nomades (téléphones, ordinateurs, prototypes de vélo), ou installations stationnaires (antennes relais, centres de télécommunications, serveurs informatiques, hôpitaux).

🏭 Usages actuels

Actuellement, l'hydrogène a deux utilisations principales :

• matière de base pour la production d'ammoniac (engrais) et de méthanol ;
• réactif dans les procédés de raffinage des pétroles bruts en produits pétroliers, carburants et biocarburants.

🚀 Usages émergents, pour la décarbonation

• Power-to-mobility : transports routiers, ferroviaires et aériens. Des véhicules à moteur hydrogène ou PaC existent déjà. L'hythane (mélange gaz naturel + 10 à 20 % d'hydrogène) est une solution transitoire tournée vers les autobus. Le projet TER H2 vise un premier train à hydrogène en France, en priorité sur les flottes régionales. L'avion à hydrogène reste encore au stade de projets à maturer.
• Power-to-power : l'électricité renouvelable excédentaire (solaire, éolien) sert à produire de l'hydrogène, stocké puis reconverti en électricité via une PaC.
• Power-to-gas : l'hydrogène produit à partir d'énergie de récupération (énergie fatale) peut être injecté directement dans les réseaux de gaz naturel, à hauteur de 5 à 10 %.